一、基于GPS技術(shù)的橋梁變形監(jiān)測(cè)

1.橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容

1.1橋梁墩臺(tái)的變形監(jiān)測(cè)

墩臺(tái)的垂直位移監(jiān)測(cè)垂直位移監(jiān)測(cè)是對(duì)分布在橋墩上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行定期測(cè)量以求得其高程變化量，并對(duì)變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理完成墩臺(tái)垂直位移規(guī)律的分析和預(yù)測(cè)。墩臺(tái)的垂直位移觀測(cè)主要包括墩臺(tái)特征位置的垂直位移觀測(cè)和垂直于橋梁軸線方向的傾斜觀測(cè)。墩臺(tái)水平位移監(jiān)測(cè)水平位移監(jiān)測(cè)包括橫向和縱向監(jiān)測(cè)，其中，橫向位移監(jiān)測(cè)是指各橋墩墩臺(tái)的上、下游觀測(cè)；縱向位移監(jiān)測(cè)是指各墩臺(tái)沿橋軸線方向的水平位移觀測(cè)，水平位移監(jiān)測(cè)以橫向觀測(cè)為重。

1.2橋梁平面位移監(jiān)測(cè)

橋梁平面位移主要指的是與橋軸線方向垂直的水平位移。水平位移產(chǎn)生的原因很多，主要是由于風(fēng)荷載、車荷載等外界因素的作用使橋梁基礎(chǔ)發(fā)生了位移引起的。對(duì)于一些跨度很大的橋梁，如斜拉橋懸索橋，風(fēng)荷載對(duì)其作用較為明顯，能夠引起橋面產(chǎn)生較大幅度的擺動(dòng)。

2.橋塔變形觀測(cè)主要內(nèi)容

1)塔柱頂部的水平位移觀測(cè)；2)塔柱體撓度觀測(cè)；3)塔柱整體傾斜觀測(cè)；4)塔柱體伸縮量觀測(cè)；橋面撓度觀測(cè)橋面撓度是指橋面沿著橋軸線方向的發(fā)生垂直位移的幅度。橋面在外界環(huán)境荷載影響的作用下會(huì)產(chǎn)生變形，使得橋梁的設(shè)計(jì)線形與實(shí)際線形不相符，使橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生一定程度的變化。橋面線形的變化，不但會(huì)影響橋梁的正常安全運(yùn)行，而且在一定程度上也會(huì)直接影響到橋梁的使用壽命。

3.橋梁變形監(jiān)測(cè)的主要方法

(1)垂直位移監(jiān)測(cè)

當(dāng)前橋梁垂直位移監(jiān)測(cè)的方法主要精密水準(zhǔn)測(cè)量，三角高程測(cè)量，靜力水準(zhǔn)測(cè)量、GPS測(cè)量。1)精密水準(zhǔn)測(cè)量這是一種傳統(tǒng)的測(cè)量方法，精度高，數(shù)據(jù)可靠，但是勞動(dòng)強(qiáng)度大，實(shí)際觀測(cè)時(shí)有很大的局限性。2)三角高程測(cè)量隨著電磁波測(cè)距技術(shù)的發(fā)展，三角高程測(cè)量的精度可以達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量精度標(biāo)準(zhǔn)，完全可應(yīng)用于變形監(jiān)測(cè)。對(duì)于高精度或特殊的高程測(cè)量確時(shí)需采用三角高程測(cè)量時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和論證。但是當(dāng)測(cè)量距離較遠(yuǎn)時(shí)，其精度會(huì)相應(yīng)的降低。3)靜力水準(zhǔn)測(cè)量靜力水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是利用連通器測(cè)定出兩點(diǎn)之間的相對(duì)變形量。這種方法因?yàn)榫雀摺⑺俣瓤斓葍?yōu)勢(shì)，也廣泛應(yīng)用于工程監(jiān)測(cè)中。對(duì)于兩測(cè)點(diǎn)之間有較大高差的情況，這種方法則很難實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而且靜力水準(zhǔn)只是測(cè)量的兩點(diǎn)之間的相對(duì)變化量，在工程應(yīng)用中有一定的局限性。4)GPS高程測(cè)量GPS高程測(cè)量的精度相比于平面測(cè)量的精度略低。一般采用靜態(tài)模式測(cè)量，觀測(cè)結(jié)果的精度能達(dá)到士10mm，動(dòng)態(tài)模式測(cè)量精度相對(duì)較低，一般能達(dá)到士40mm左右。目前，國(guó)內(nèi)外利用GPS高程測(cè)量手段進(jìn)行橋梁工程的變形監(jiān)測(cè)已取得了相當(dāng)成功的經(jīng)驗(yàn)。

(2)水平位移監(jiān)測(cè)

對(duì)于橋梁水平位移的測(cè)量，根據(jù)橋梁線型的不同選擇不同的觀測(cè)方法。具體的，直線型橋梁監(jiān)測(cè)采用基準(zhǔn)線法、測(cè)角法；曲線形橋梁監(jiān)測(cè)一般?用交會(huì)法、導(dǎo)線法、GPS測(cè)量。

(3)撓度觀測(cè)方法

橋梁的撓度測(cè)量是指確定橋面沿著橋軸線方向的發(fā)生垂直位移的幅度大小。主要方法有懸垂法、水準(zhǔn)測(cè)量方法、全站儀觀測(cè)法、攝影測(cè)量方法、GPS測(cè)量及專用撓度儀觀測(cè)法等。GPS技術(shù)可以同進(jìn)行平面測(cè)量和高程測(cè)量，實(shí)現(xiàn)橋梁的垂直位移監(jiān)測(cè)、水平位移監(jiān)測(cè)、撓度監(jiān)測(cè)，但從橋梁結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)容以及方法來(lái)看，GPS技術(shù)與其它變形監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合已成為橋梁變形監(jiān)測(cè)的一種發(fā)展趨勢(shì)。

二、GPS技術(shù)應(yīng)用在橋梁測(cè)繪上的特點(diǎn)

1.GPS技術(shù)應(yīng)用在橋梁測(cè)繪方面的優(yōu)點(diǎn)

1)定位精度高。科學(xué)研究表明,GPS定位技術(shù)在距離目標(biāo)300-1500m,持續(xù)觀測(cè)1h以上的情況下,可使精度誤差值調(diào)整在1mm內(nèi);與傳統(tǒng)的定位儀相比,其對(duì)橋梁的定位長(zhǎng)度的較差可控制在0.5mm內(nèi)。2)測(cè)站時(shí)無(wú)需通視。GPS技術(shù)不需要測(cè)站之間相互通視,節(jié)約了大量資金的同時(shí),因?yàn)椴恍枰c(diǎn)間通視,靈活性較強(qiáng),節(jié)省時(shí)間與資源。3)采用GPS定位方法布設(shè)大地控制網(wǎng),能夠有效并快速地得到真實(shí)數(shù)據(jù)和坐標(biāo),給橋梁測(cè)繪帶來(lái)方便。4)可直接顯示出三維坐標(biāo)圖。GPS技術(shù)應(yīng)用到橋梁測(cè)繪中,在得到數(shù)據(jù)的同時(shí),會(huì)自動(dòng)顯示出三維坐標(biāo)圖,以便于更直觀、簡(jiǎn)便地繪制橋梁測(cè)繪圖,減少不必要的麻煩。5)GPS技術(shù)具有全天候的特點(diǎn),受外界氣候影響較小。進(jìn)行傳統(tǒng)測(cè)繪時(shí),往往要考慮陰天、夜晚、起霧、下雨、下雪和刮風(fēng)等不良?xì)夂蛞蛩氐挠绊?使測(cè)繪具有較大的局限性,耽誤測(cè)量的進(jìn)度,消耗人力物力并浪費(fèi)大量時(shí)間,而GPS技術(shù)則不需要考慮這些情況的發(fā)生,天氣不會(huì)影響到測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。6)GPS系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)便,擁有自動(dòng)化系統(tǒng)。在測(cè)繪中,GPS技術(shù)可自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的測(cè)定,不用花費(fèi)時(shí)間在繁瑣的數(shù)據(jù)處理上面,減輕了操作者的負(fù)擔(dān)。7)隨著定位系統(tǒng)的不斷完善,定位的速度在持續(xù)加快,對(duì)于中長(zhǎng)基線的靜態(tài)定位來(lái)說(shuō),只需要15~20min,快速靜態(tài)定位甚至耗時(shí)更短。

2.GPS應(yīng)用到橋梁測(cè)繪上存在的問(wèn)題及解決辦法

1)目前的GPS技術(shù)并不完善,GPS技術(shù)是通過(guò)接收機(jī)接收信號(hào)的形式來(lái)完成信息輸出,但是,在信號(hào)接收的過(guò)程中,信號(hào)易受到各種因素的干擾或使其中斷,這都將直接影響到測(cè)繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。針對(duì)這種現(xiàn)象,一般采用多種檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方式,提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的精度是目前相關(guān)工作人員主要研究的方向之一。2)函數(shù)處理較為復(fù)雜,誤差源較多。與類似的測(cè)繪手段比較來(lái)看,GPS定位系統(tǒng)所需要運(yùn)用的函數(shù)關(guān)系較為復(fù)雜,由衛(wèi)星、信號(hào)傳遞過(guò)程以及接收機(jī)中造成的誤差難以避免,針對(duì)這種現(xiàn)象,工作人員要仔細(xì)處理好每一個(gè)可能造成誤差的環(huán)節(jié),才能保證最終計(jì)算結(jié)果與理論數(shù)據(jù)相近。3)檢測(cè)起點(diǎn)的選擇受到很多方面的約束。測(cè)點(diǎn)要盡量選在避開(kāi)房屋和水域等對(duì)測(cè)繪結(jié)果造成影響的地方,以避免路徑多而造成的誤差;除此之外,測(cè)點(diǎn)還要與高壓線、變壓器等設(shè)施保持一定安全距離。約束的條件越多,測(cè)量的準(zhǔn)確性越難控制。

三、總結(jié)

GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越多地運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域,其在橋梁方面的應(yīng)用已經(jīng)初見(jiàn)成效。以上對(duì)GPS在橋梁測(cè)繪方面的研究還不是很透徹,但我相信,一定會(huì)出現(xiàn)更完善的處理辦法。

作者：陳玉良 林錦花 黃美燕 單位：中交第二航務(wù)工程局五分公司 湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院